DE3426736A1

DE3426736A1 - METHOD FOR THE PURGE GAS TREATMENT OF METAL MELT

Info

Publication number: DE3426736A1
Application number: DE19843426736
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. 4506 Hagen Abratis; Roman Dipl.-Ing. Obenaus; Klaus Dipl.-Ing. 4504 Georgsmarienhütte Schäfer
Original assignee: Kloeckner CRA Technologie GmbH
Current assignee: Kloeckner CRA Technologie GmbH
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-01-30
Also published as: JPS6138736A; SE462977B; FR2567909A1; IT8548364A0; US4647306A; DE3426736C2; SE8503515D0; GB2162204A; GB8517898D0; SE8503515L; GB2162204B; IT1182777B

Description

KLÖCKNER CRA TECHNOLOGIE GMBH 3/ KLÖCKNER CRA TECHNOLOGIE GMBH 3 / 34267363426736

Sulzbach-Rosenberg, 16. Juli 1984
My/S.Sulzbach-Rosenberg, July 16, 1984
My / S.

VERFAHREN 2UR SPÜLGASBEHANDLUNG VON METALLSCHMELZENPROCESS 2 FOR PURGE GAS TREATMENT OF METAL MELT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spülgasbehandlung von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, unter vermindertem Druck in einem Transportgefäß, vorzugsweise einer Pfanne, bei dem inertes Gas über im Gefäßboden eingebaute Einleitungsvorrichtungen, wie beispielsweise SpüJsteine, der Schmelze zugeführt wird.The invention relates to a method for purge gas treatment of Metal melts, in particular steel melts, under reduced pressure in a transport vessel, preferably a pan The inert gas is fed to the melt via inlet devices built into the bottom of the vessel, such as purging stones will.

Bei der Herstellung von Metallen schließt sich häufig nach dem Abstich aus dem Schmelzaggregat eine Behandlung in dem Auffang- und/oder Transportgefäß an. Das Behandlungsgefäß kann dabei eine Pfanne sein. Diese unter dem Begriff "Sekundärmetallurgie" in die Praxis eingeführten Verfahren dienen dazu, die Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, zu desoxidieren, zu entgasen, zu entschwefeln, von oxidischen Einschlüssen zu reinigen, Legierungsmittel zuzugeben sowie die Schmelze hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und Temperatur zu homogenisieren. Um die genannten Ziele zu erreichen, sind verschiedene Stahlentgasungsverfahren und Methoden zum Einleiten von Spülgas in die Schmelze bekannt geworden. Beispielsweise kann Spülgas über Lanzen oder Spülsteine in der Pfannenwand und/oder im Pfannenboden in die Metallschmelze geblasen werden. Als Spülsteinkonstruktion haben sich weitgehend blechummantelte, kegelförmige feuerfeste Steine mit erhöhter Permeabilität durchgesetzt, die in einem entsprechenden Lochstein gehalten werden.In the production of metals, after tapping from the melting unit, a treatment in the collecting and / or transport vessel often follows. The treatment vessel can be a pan. These processes, introduced in practice under the term "secondary metallurgy", serve to deoxidize, degas and desulphurize the metal melts, especially steel melts, to clean them from oxidic inclusions, to add alloying agents and to homogenize the melt in terms of chemical composition and temperature. Various steel degassing processes and methods for introducing purge gas into the melt have become known in order to achieve the stated objectives. For example, flushing gas can be blown into the molten metal via lances or purging stones in the pan wall and / or in the pan bottom. Conical refractory bricks with increased permeability that are largely clad in sheet metal and are held in a corresponding perforated brick have prevailed as purging stone construction.

Die Pfannenbehandlung von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, ist aufgrund der unvermeidlichen Temperaturverluste des Metallbades zeitlich begrenzt, da anschließend noch eine ausreichend hohe Temperatur für das Vergießen der Schmelze zur Verfügung stehen muß. Es sind aus diesem Grund in der Literatur auch Kombinationen mehrerer pfannenmetallurgischer Verfahren bekannt. Beispielsweise können die Stahlentgasung und das Einleiten von Spülgas im Pfannenboden gleichzeitig erfolgen. Bei den bekanntgewordenen Verfahren und Verfahrenskombinationen der Sekundärmetallurgie wird bevorzugt ein Spülstein im Pfannenboden eingesetzt, obwohl grundsätzlich auch die Anwendung mehrerer Spülsteine im Pfannenboden bekannt ist.The ladle treatment of molten metal, especially molten steel, is limited in time due to the unavoidable temperature loss of the metal bath, since there is then another sufficiently high temperature for casting the melt Must be available. For this reason, there are also combinations of several ladle metallurgical processes in the literature known. For example, the steel degassing and the introduction of purging gas in the pan bottom can take place at the same time. at The well-known processes and process combinations of secondary metallurgy prefer a sink in the bottom of the pan used, although the use of several sinks in the pan base is known in principle.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, die Vakuumbehandlung bzw. Entgasung mit einer Spülgasbehandlung derart zu kombinieren, daß der Gesamtverfahrensablauf intensiviert wird, beispielsweise bei teil — und vollberuhigten Stahlschmelzen hohe Gehalte von Begleitelementen, wie Wasserstoff und Schwefel, in einer bestimmten Zeit auf wesentlich niedrigere Werte gesenkt oder bestimmte Gehalte von Wasserstoff und Schwefel in einer wesentlich kürzeren Zeit erreicht werden.The object of the invention is, in the case of metal melts, in particular molten steel to combine the vacuum treatment or degassing with a flushing gas treatment in such a way that the The entire process sequence is intensified, for example in the case of partial and fully calmed steel melts have high contents of accompanying elements, like hydrogen and sulfur, reduced to much lower values in a certain time or certain contents of Hydrogen and sulfur can be reached in a much shorter time.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst diese Aufgabe dadurch, daß zur Erzeugung einer energieverlustarmen und im Bereich der aufsteigenden Gasblasen gegenstromfreien Strömung mindestens zwei Spülgaseinleitungsvorrichtungen im Boden des Transportgefäßes für die Metallschmelze in einem Abstand, der dem 0.3- bis 0.8-fachen des Gefäßinnenradiusses entspricht, angeordnet werden.The inventive method solves this problem in that to generate a low energy loss and in the area of rising gas bubbles countercurrent-free flow at least two flushing gas inlet devices in the bottom of the transport vessel for the molten metal at a distance 0.3 to 0.8 times corresponds to the inner radius of the vessel.

Überraschenderweise konnte durch die Anordnung von zwei und mehr Spülgaseinleitungsvorrichtungen, hauptsächlich Spülsteinen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Entgasung von Metallschmelzen, insbesondere einer Stahlschmelze, erheblich gesteigert werden, und es ließen sich beispielsweise beiSurprisingly, the arrangement of two or more flushing gas inlet devices, mainly flushing plugs, according to the method according to the invention, the degassing of metal melts, in particular a steel melt, is considerable can be increased, and it could be, for example

vergleichbaren Behandlungszeiten deutlich tiefere Wasserstoff- und Schwefel werte in der Schmelze einstellen. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß einerseits ein zu eng nebeneinanderliegender Einbau oder eine Vergrößerung der Spülsteine sowie andererseits eine zu große Entfernung zwischen den Spülsteinen im Pfannenboden keine Verbesserung der Vakuumbehandlung der Stahlschmelze bewirken.comparable treatment times significantly lower hydrogen and Set sulfur values in the melt. The invention is based on the surprising finding that on the one hand a too narrow Side by side installation or an enlargement of the sinks and, on the other hand, too great a distance between the sinks in the bottom of the pan does not improve the vacuum treatment effect of molten steel.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer Spülsteine im Pfannenboden bilden sich bei Unterdruck über der Schmelze die Blasensäulen der eingeleiteten Gase nahe beieinander aus, und es entsteht eine gemeinsame, aufwärts gerichtete Strömung, bei der Bereiche zwischen den Blasensäulen fehlen, in denen Gegenströmungen auftreten. Im Grenzfall können die Blasensäulen im oberen Teil des Metallbades auch ineinander übergehen.With the arrangement according to the invention of a plurality of purging stones in the pan base, the melt is formed when there is negative pressure above the melt Bubble columns of the gases introduced close together, and a common, upward flow is created in which There are no areas between the bubble columns where countercurrents occur. In the borderline case, the bubble columns in the upper Part of the metal bath also merge into one another.

Gemäß der Erfindung wird die mit dem Spülgas eingebrachte Energie weitgehend an das Metallbad übertragen, und es ergibt sich eine intensive Strömung mit guter Durchmischung innerhalb der gesamten Schmelze. Die Gasblasen, bestehend aus Spülgas und/oder in der Pfanne bereits entwickeltem Gas, haben eine verhältnismäßig lange Verweildauer in der Schmelze und bewirken somit eine große Entgasungsoberfläche. Außerdem wird im Falle der Stahlbehandlung die Metallschmelze mit einer starken Strömung an der Schlackendecke entlang geführt, wodurch die Bedingungen für den Übergang von beispielsweise Schwefel und Oxidteilchen in die auf der Stahlschmelze schwimmende Schlacke verbessert werden.According to the invention, the energy introduced with the flushing gas is largely transferred to the metal bath, and it results there is an intense flow with good mixing within the entire melt. The gas bubbles, consisting of purge gas and / or gas already developed in the ladle, have a relatively long residence time in the melt and cause thus a large degassing surface. In addition, in the case of steel treatment, the molten metal becomes with a strong flow along the slag cover, creating the conditions for the transition of, for example, sulfur and oxide particles into the slag floating on the molten steel can be improved.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, daß beim Einbau von zwei oder mehr Spülsteinen der Mittelpunkt dieser Spülsteinanordnung im Pfannenboden mit dem Mittelpunkt des Pfannenbodens übereinstimmt. Einerseits können drei Spülsteine in Form eines gleichseitigen Dreiecks eingebaut werden, bei dem der Schnittpunkt derWhen carrying out the method according to the invention, it is not necessary when installing two or more Purging stones the center point of this purging stone arrangement in the pan base coincides with the center point of the pan base. On the one hand, three sinks can be installed in the shape of an equilateral triangle, where the intersection of the

Dreieckseitenhöhen mit dem Pfannenbodenmittelpunkt zusammenfällt, und andererseits liegt es auch im Sinne der Erfindung, die drei Spülsteine in beliebiger Dreieckform und verschoben in Hinblick auf die Symmetrie zum Pfannenbodenmittelpunkt anzuordnen. Erfindungsgemäß hat es sich als problemlos herausgestellt, den Mittelpunkt der Spülsteinanordnung bis etwa zum 0.25-fachen Pfannenbodenradius aus dem Mittelpunkt des Pfannenbodens zu verschieben.Triangle side height coincides with the center of the pan bottom, and on the other hand it is also within the meaning of the invention, the three sinks in any triangular shape and shifted in view to be arranged on the symmetry to the center of the pan bottom. According to the invention, it has been found to be problem-free Center of the sink arrangement up to about 0.25 times the pan base radius from the center of the pan base move.

Als vorteilhaft hat es sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und unsymmetrischer Anordnung der Spülsteine im Boden der Behandlungsgefäße ergeben, wenn zur Erzielung einer verlustarmen Strömung im Gefäß durch die Spülsteine ungleiche Gasströme geleitet werden. Die geringste Gasdurchströmrate wird dabei durch den Stein geleitet, der dem Gefäßrand am nächsten liegt. Die Gasströme durch die einzelnen Spülsteine können sich bis zu einem Faktor 4 unterscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, durch die Spülsteine, gegenüber den bekannten Lösungen, größere Gasmengen in der Zeiteinheit einzuleiten und gleichzeitig das Überspritzen von beispielsweise Stahl- und Schlackenschmelze über den Pfannenrand zu vermeiden.It has proven to be advantageous when using the invention Procedure and asymmetrical arrangement of the purging stones in the bottom of the treatment vessels result if to achieve a low-loss flow in the vessel through the purging plugs unequal gas flows are passed. The lowest gas flow rate is guided through the stone that is closest to the edge of the vessel. The gas flows through the individual purging plugs can differ up to a factor of 4. The inventive method makes it possible through the purging blocks, opposite the known solutions to introduce larger amounts of gas in the unit of time and at the same time the overspray of, for example Avoid steel and slag melting over the edge of the ladle.

Gemäß der Erfindung können anstelle der porösen, blechummantelten Spülsteine für die Zuführung des Spülgases Düsen verwendet werden. Bei der Anwendung von Düsen kann man dem durchströmenden Gas reaktive, feinkörnige Feststoffe und/oder Schlackenbildner aufladen. Die durch die erfindungsgemäße Anordnung der Einleitungsvorrichtungen, in diesem Fall der Düsen, bewirkte hohe Energieübertragung an die Schmelze führt bei den Feststoffen, ebenso wie bei den Gasblasen, zu einer längeren Verweildauer in der Schmelze, so daß z.B. bei Stahlschmelzen die Bedingungen für chemische Umsetzungen mit gelöstem Schwefel und suspendierten Oxidteilchen wesentlich günstiger werden. Neben der längeren Verweildauer der Teilchen in der Schmelze ist auch eine größere Reaktionsoberfläche in bezug zu einer auf der Stahlschmelze schwimmenden, weitgehend kompakten Schlackenschicht gegeben.According to the invention, instead of the porous, sheet-metal-clad purging plugs, nozzles can be used for supplying the purging gas will. When using nozzles, reactive, fine-grained solids and / or slag formers can be added to the gas flowing through charge. The inventive arrangement of the introduction devices, in this case the nozzles, caused high Energy transfer to the melt leads to a longer dwell time in the solids as well as in the gas bubbles of the melt, so that, for example, in steel melts, the conditions for chemical reactions with dissolved sulfur and suspended Oxide particles are much cheaper. In addition to the longer retention time of the particles in the melt, there is also a longer one Reaction surface in relation to one on the molten steel floating, largely compact slag layer.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Gaseinleitungsvorrichtungen, beispielsweise der Spülsteine, in der Pfanne oder einem ähnlichen Auffanggefäß, ist auch an Metallschmelzen, wie z.B. Aluminium- oder Kupferschmelzen, eine wirksame Raffination durchzuführen. Bei anderen flüssigen Metallen stellt sich, ähnlich wie am Beispiel der Stahlschmelze beschrieben, durch Erzeugung einer energetisch verlustarmen Strömung und die damit verbundene längere Verweildauer der Gasblasen in der Schmelze eine große Entgasungsoberfläche ein. Es konnten somit bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Metallschmelzen ebenfalls verbesserte Werte hinsichtlich der gelösten Gasmengen und unerwünschter Begleitelemente gefunden werden wie bei den Stahlschmelzen.The inventive arrangement of the gas inlet devices, for example the sink, in the pan or a similar collecting vessel, can also be used for molten metal, e.g. Aluminum or copper smelting to carry out an effective refining. The situation is similar for other liquid metals as described using the example of molten steel, by generating an energetically low-loss flow and the associated flow longer residence time of the gas bubbles in the melt a large degassing surface. It could thus with the after Processes according to the invention also treated molten metals improved values with regard to the dissolved gas quantities and undesired accompanying elements can be found as with the Molten steel.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines nichteinschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of a non-limiting exemplary embodiment.

Aus einem Sauerstoffblaskonverter wird eine Stahlschmelze mit einem Gewicht von 125 t in eine mit basischen feuerfesten Steinen ausgekleidete Pfanne abgestochen. Die Pfanne hat einen Durchmesser des Bodens von 3 m und eine Höhe von 3.7 m. Während des Abstichs in die Pfanne werden der Stahlschmelze Entschwefelungsmittel in einer Menge von 5 kg/t Stahl zugegeben. Auf die mit Stahl gefüllte Pfanne wird ein dicht schließender Deckel gesetzt und der Schmelze durch im Boden eingebaute Einleitungsvorrichtungen Spülgas, und zwar Argon, zugeführt. Das aus Pfanne und Deckel bestehende Gefäß wird anschließend mit Hilfe von Dampfstrahlpumpen bis auf einen Druck von 10 ³ bar evakuiert. Die Spülgasmenge beträgt über den Verlauf der Vakuumbehandlung im Mittel 25 Nm³/h und die Vakuumbehandlungszeit 20 Minuten. Mit der bekannten, üblichen Anordnung eines Spülsteines in der Mitte des Pfannenbodens wird bei der Vakuumbehandlung der Wasserstoff gehalt von 7.2 ppm auf 2.9 ppm und der Schwefel gehalt von 0.062 % auf 0.032 % gesenkt, während mit zwei Spülsteinen im Pfannenboden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei gleicherA steel melt with a weight of 125 t is tapped from an oxygen blower converter into a ladle lined with basic refractory bricks. The ladle has a bottom diameter of 3 m and a height of 3.7 m.During tapping into the ladle, desulphurizing agent is added to the molten steel in an amount of 5 kg / t steel. A tightly fitting lid is placed on the pan filled with steel and flushing gas, namely argon, is supplied to the melt through inlet devices built into the base. The vessel consisting of pan and lid is then evacuated ^{to a pressure of 10 3 bar with the aid of steam jet pumps.} The amount of purging gas over the course of the vacuum treatment is on average 25 Nm ³ / h and the vacuum treatment time is 20 minutes. With the known, customary arrangement of a sink in the middle of the pan base, the hydrogen content is reduced from 7.2 ppm to 2.9 ppm and the sulfur content from 0.062 % to 0.032 % during the vacuum treatment, while with two sinks in the pan base according to the method according to the invention same

Vakuumbehandlungszeit und gleicher Zugabemenge von Entschwefelungsmittel, der Wasserstoff gehal t von 7.4 ppm auf 1.8 ppm und der Schwefelgehalt von 0.063 % auf 0.026 % abgebaut werden. Wählt man hingegen für den Abstand der Spülsteine das 1.2-fache vom Radius des Pfannenbodens, so ergibt sich ein Abbau des Wasserstoff gehaltes von 7.5 ppm auf 3.1 ppm und des Schwefelgehaltes von 0.068 % auf 0.035 %, und diese Werte liegen in der* gleichen Größenordnung wie beim Einbau eines Spülsteines in der Mitte des Pfannenbodens.Vacuum treatment time and the same amount of desulphurisation agent added, the hydrogen content from 7.4 ppm to 1.8 ppm and the sulfur content from 0.063% to 0.026 % . If, on the other hand, one chooses 1.2 times the radius of the pan base for the distance between the purging stones, the result is a reduction in the hydrogen content from 7.5 ppm to 3.1 ppm and the sulfur content from 0.068 % to 0.035 %, and these values are in the same order of magnitude like installing a sink in the middle of the pan base.

Claims

1) Process for purge gas treatment of molten metal,. In particular steel melts, under reduced pressure in a transport vessel, preferably a ladle, in which inert gas is passed into the melt via inlet devices built into the bottom of the vessel, such as purging plugs, characterized in that to generate a low-energy flow and a countercurrent-free flow in the area of the rising gas bubbles at least two flushing gas introduction devices are arranged in the bottom of the transport vessel for the molten metal at a distance corresponding to 0.3 to 0.8 times the inner radius of the vessel.

2) Method according to claim 1, characterized in that the center of the arrangement consisting of two or more flushing gas inlet devices coincides with the center of the vessel bottom or deviates from it by up to 0.25 times the inner radius of the vessel.

3) Method according to claims 1 and 2, characterized in that three flushing gas introduction devices, for example purging plugs, are installed in a triangular shape, preferably at the corners of an equilateral triangle, in the bottom of the vessel.

4) Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the flushing gas introduction devices are charged uniformly or with different flushing gas flow rates.

5) Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that nozzles are used as flushing gas introduction devices and reactive, fine-grain solids and / or slag formers are charged to the flushing gas.

6) Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that aluminum and copper melts are subjected to a purge gas treatment under reduced pressure.